朱建民 浙江金华市汤溪高级中学

基于铜与浓硫酸反应再析现象及产物成分

朱建民 浙江金华市汤溪高级中学

铜与浓硫酸共热反应，主要现象有：铜表面先变黑，形成黑色浊液，伴有白雾（H2SO3），有淡绿及淡黄色固体出现。反应完后，试管底有灰白（黑）色物质。实验初步证明灰白（黑）色物质中含有铜的氧化物（Cu2O、CuO）、硫化物（Cu2S、CuS、Cu7S4等）及S等。

浓硫酸 反应现象 黑色物质 产物成分

1 教材经典实验

1.1 苏教版高中《化学1》P92，【实验3】

将一小块铜片放入试管中，然后加入2mL浓硫酸，用如图4-6所示的实验装置进行实验，观察实验现象。

图4-6铜与浓硫酸反应的实验装置

1.2 新课标人教版高中《化学1》P85，【实验4-8】

在试管里加入2mL浓硫酸，用带导管和一个小孔的胶塞塞紧，从孔中插入一根铜丝，加热，把放出的气体通入品红溶液或紫色石磊溶液中，观察反应现象，拔出铜丝，冷却后，把试管里的液体慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，观察溶液颜色。

图4-28铜与浓硫酸反应

图4-29反应生成硫酸铜溶液

2 试管中实验现象描述困境

铜与浓硫酸共热反应，实验现象并非能简单描述。对反应过程中出现的黑色现象，化学反应方程式乏力表达。

另在实验中，由于两者量的不同，反应过程中及最终的现象也不太相同。本文作者用实验室药品：98.3%浓硫酸、铜片（或铜丝），做了以下两组实验进行描述。

2.1 浓硫酸过量

用下列“实验装置图1”（固定仪器和加热酒精灯均未画出）来完成此实验。

实验装置图1

实验装置图2

其实验现象有（按实验进程）：

铜与冷的浓硫酸不反应，加热时随体系温度升高铜丝（或铜片）表面变黑，产生气泡，细小黑色颗粒状物质从铜丝（或铜片）表面进入浓硫酸中，形成黑色的悬浊液。继续加热温度升高（至沸腾），黑色颗粒状物质转变成细小灰白色的颗粒状物质，随浓硫酸一起翻滚，在此过程中试管里产生了大量“白雾”，起初部分雾在试管上部内壁冷凝，析出较浅绿色固体，后逐变为淡黄色固体。浓硫酸（沸腾）时，淡黄色固体慢慢消失了。当铜全部反应后，停止加热静置时，试管内的“白雾”也随之消失，此时，试管中的液体呈浅蓝色，管底沉积的固体物质呈灰白色。继续冷却试管时，溶液颜色慢慢变浅，至室温时几乎无色。试管底部有灰白色固体。久置（24小时），界面处有一层蓝色物质。

2.2 铜过量

用“实验装置图2”（固定仪器和加热酒精灯均未画出）完成此实验。为了便于观察有关反应现象和验证产物，将铜丝一端卷成螺旋状没入浓硫酸中，另一端露置在液面上方（如图2所示）。长玻璃导管是让挥发的浓硫酸和水尽可能冷凝回流。

3 异常现象及对应物质组成探释

3.1 产生大量白雾及凝聚的淡黄色（绿色）固体物质慢慢消失

【验证实验】将产生的白雾通入用稀盐酸酸化过的氯化钡溶液中，没有白色沉淀生成。从而验证了该白雾中不含硫酸。

【解释】实验中的白雾，是亚硫酸酸雾与硫蒸气的混合物，其一，生成的水及被浓硫酸强行吸住的水分（水合硫酸），因温度过高而变成水蒸气，与SO2同时逸出，在试管中发生反应：SO2+H2O=H2SO3，形成白雾。

4 讨论

4.1 浓硫酸过量时主要现象

铜表面先变黑，形成黑色浊液，继而墨绿色浊液，最后变成白色浊液。反应中产生气泡，伴有白雾。铜反应完后，静置，管底有灰白色物质，溶液呈淡蓝色，冷却至室温呈无色。

4.2 铜过量时主要现象

铜丝（或铜片）表面变黑，形成黑色的悬浊液。反应中产生气泡，伴有白雾。试管和长导气管内壁有少量淡黄色固体，露置于试管液面上方的光亮铜丝逐渐变黑，试管里的物质变为灰黑色的固体。

4.3 反应过程中出现的产物

铜和浓硫酸共热时最常见到的反应产物是：CuSO4、CuS、H2O、SO2。但反应条件不同，产物还会有：CuO、Cu2S、Cu7S4、S等。

[1]①刘念，高峰等．中学化学，2013，（11）：23～24

[2]段昌平，杜元珍等．现代教育科学：教学研究，2012，（12）：141

[3]王祖浩．普通高中课程标准实验教科书化学1(必修)（第6版）．凤凰出版社集团，江苏教育出版社．2014．

[4]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心．普通高中课程标准实验教科书化学1(必修)．北京：人民教育出版社，2004．

[5]北京师范大学无机化学教研室，东北师范大学无机化学教研室，华中师范大学无机化学教研室等．无机化学实验(第三版)．北京：高等教育出版社，2001．

[6]北京师范大学，华中师范学院，南京师范学院无机化学教研室．无机化学(第四版)．北京：高等教育出版社，2003．

朱建民，性别：男，民族：汉，出生年月：1964年10月，籍贯：浙江金华，职称：中学高级，工作单位：浙江金华市汤溪高级中学。